Comamonadacae 是一组常见于水生环境中塑料上的细菌。最近的研究揭示了这一家族中特定类型的细菌可以分解塑料以获取营养。科学家们还识别出了负责这种塑料降解的酶。这一突破为新型细菌工程策略铺平了道路，旨在应对持续的塑料污染。
科学家们已经注意到，Comamonadacae这一细菌家族在遍布城市水道和污水系统的塑料上繁衍生息已有一段时间。然而，这些Comamonas细菌所扮演的具体角色一直难以捉摸。
最近，来自西北大学的研究人员发现某种Comamonas细菌的细胞将塑料作为食物来源。他们首先将塑料分解成称为纳米塑料的小块。接下来，他们释放一种独特的酶，进一步加工塑料。最终，这些细菌根据他们的发现，将来源于塑料的碳原子环作为营养。
这一发现为基于细菌的工程应用创造了令人兴奋的途径，这些应用可以帮助去除顽固的塑料废物，这些废物污染了饮用水并危害野生动物。
这项研究的发现将于周四（10月3日）在《环境科学与技术》杂志上发表。
“这是我们第一次明确证明，一种污水细菌可以获取初始的塑料，降解它，分解它，然后利用它作为碳源，”主导这项研究的西北大学的Ludmilla Aristilde表示。“这令人难以置信，这种细菌可以完成整个过程，我们确定了一种关键的酶，促进塑料材料的分解。这可以被精细化并用于帮助清除环境中的塑料。”
Aristilde专注于有机材料在环境过程中的动态，担任西北大学麦考密克工程学院的环境工程副教授。她还有兼任合成生物学中心、国际纳米技术研究所以及Paula M. Trienens可持续发展与能源研究所。该研究的共同第一作者为Aristilde实验室的前博士生Rebecca Wilkes和当前博士后研究员Nanqing Zhou，以及来自Aristilde实验室的多名以往研究生和本科生的贡献。
污染问题
这项最新研究基于Aristilde团队之前的调查，探讨了Comamonas testosteri如何代谢降解的植物和塑料产生的简单碳源。在当前的研究中，Aristilde及其同事聚焦于C. testosteroni，它以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为食，此材料广泛用于食品包装和饮料容器中。PET对降解的抗性使其成为塑料污染的重要来源。
“必须强调的是，PET塑料占全球塑料消费总量的12%，”Aristilde指出。“此外，它们对污水中发现的微塑料的贡献可达50%。”
降解塑料的固有能力
为了深入研究C. testosteroni如何与塑料互作和以其为食，Aristilde和她的团队采用了多种理论和实验方法。最初，他们从污水中分离出这种细菌，并在PET薄膜和颗粒上培养。然后，他们利用先进的显微镜观察塑料表面随时间的变化。接着，他们分析周围水中是否存在降解为更小纳米塑料的塑料痕迹。最后，研究人员调查了细菌的内部机制，以识别用于PET降解的工具。
“在该细菌的存在下，微塑料被降解为微小的纳米颗粒，”Aristilde解释道。“我们揭示出这个污水细菌天生具有将塑料降解为单体的能力——这些小单位相连形成聚合物。这些单体作为细菌可以利用的生物可用碳源，供其生长。”
一旦确认了C. testosteroni确实能够降解塑料，Aristilde便试图理解这一过程。利用“组学”技术评估细胞内所有酶的功能，她的团队发现细菌在接触PET塑料时产生的一种特定酶。为了研究该酶的重要性，Aristilde与田纳西州橡树岭国家实验室的科学家合作，创造了缺少这种酶的细菌细胞。令人惊讶的是，没有该酶，细菌失去了或大大降低了降解塑料的能力。
水中塑料的变化
虽然Aristilde设想这一发现可以被用于环境解决方案，但她也认为这增强了对塑料在污水中演化的理解。
“污水是微塑料和纳米塑料的巨大储存池，”Aristilde评论道。“许多人认为纳米塑料作为纳米塑料进入污水处理设施。然而，我们正在证明纳米塑料可以在污水处理过程中因微生物活动而形成。这是我们必须考虑的一个重要因素，因为社会努力理解塑料在污水流向河流和湖泊的整个过程中的行为。”
这项研究的题目为“污水Comamonas将聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒碎片化为纳米塑料和可吸收碳的机制”，得到了国家科学基金会的支持（奖号CHE-2109097）。
